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新一代聲學(xué)多普勒水流剖面儀M9 在水文測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用（二）
應(yīng)用案例
M9自從2009年在世界范圍內(nèi)正式發(fā)布以來，已有2000多個(gè)用戶和單位正在使用。在國內(nèi)，也已經(jīng)有超過1000個(gè)用戶正在使用中，發(fā)揮了很大的作用和產(chǎn)生了很好的效果。主要用戶覆蓋了全國各省市；包括了廣東、廣西、云南、貴州、浙江、寧波、福建、四川、重慶、江蘇、上海、安徽、山東、河北、河南、北京、湖南、湖北、江西、海南、新疆、西藏、黑龍江、吉林、遼寧、長委、松遼委、珠委、海委、淮委等30余省市、流域機(jī)構(gòu)的水文系統(tǒng)、環(huán)保系統(tǒng)、以及科研單位和大專院校。
案例一：
? ? ???浙江省水文局直屬的之江水文站位于錢塘江的河口，是流入杭州灣的最后一個(gè)控制站，河寬近1000米，最大流量達(dá)13800 m3/s。該站配置了四套帶有RTK GPS的?M9，用于潮汐變化大、河床走底現(xiàn)象嚴(yán)重的流量測(cè)驗(yàn)任務(wù)；很好地解決了以前測(cè)流困難、測(cè)驗(yàn)誤差大等問題。采用M9儀器，配合遙控船的過河裝置，還可以從一岸的不到1米的水邊開始，一直測(cè)流達(dá)到對(duì)岸的也是不到1米的水邊，完整地實(shí)測(cè)到整個(gè)測(cè)流斷面的資料。下圖是實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)，與測(cè)站的流量過程線非常吻合。
右圖是放大的右岸開始水邊的剖面數(shù)據(jù)，可以看到實(shí)測(cè)到的第一個(gè)測(cè)量單元離開水面僅為0.18米（還包含了換能器在水下0.08米的入水深度），而測(cè)量單元大小只為0.02米；做到了非常小的盲區(qū)和非常高分辨率。M9在這樣的情況下，是采用了脈沖相干的工作模式，保證了在淺水和低流速的情況下的測(cè)流精度。
案例二：
? ? ? 位于武漢的長江流域漢口水文站，是長委水文局的一個(gè)窗口。M9曾經(jīng)在該站進(jìn)行過多次的測(cè)量，下圖為2009年6月12日的一次實(shí)測(cè)成果。M9可以同時(shí)顯示采用底跟蹤作參考的航跡（下圖中間藍(lán)色的航跡線），和采用GPS作參考的航跡（下圖中間橙色的航跡線）。如果測(cè)量時(shí)河床沒有產(chǎn)生走底的現(xiàn)象，那么這二種不同參考的航跡應(yīng)該是重疊的。但是，如果河床底部的流沙在移動(dòng)，即產(chǎn)生走底時(shí)，這二條航跡就不會(huì)重疊，通常底跟蹤的航跡線會(huì)向上游方向漂移。走底現(xiàn)象越嚴(yán)重，漂移的程度就越大，而且實(shí)測(cè)的流量也會(huì)隨之偏小。
我國的測(cè)驗(yàn)規(guī)范中明確指出：測(cè)流斷面有底沙運(yùn)動(dòng)時(shí)，是不能用底跟蹤測(cè)流，應(yīng)采用GPS測(cè)量船速。M9采用了內(nèi)置DGPS（或RTKGPS）很好地解決了走底河床的測(cè)流問題。
漢口水文站用RTK GPS實(shí)測(cè)的流量（二個(gè)測(cè)回的平均值）是28500m3/s，與漢口站的流量過程線的數(shù)值非常吻合。而如果采用底跟蹤作參考進(jìn)行流量計(jì)算，顯示的實(shí)測(cè)流量僅為26800m3/s；會(huì)偏小了1700m3/s，測(cè)驗(yàn)誤差會(huì)達(dá)6.3 %之多，而且測(cè)量的當(dāng)天流速不大，相對(duì)來說，走底并不嚴(yán)重。下表是二個(gè)測(cè)回，即4個(gè)航次的成果表。相對(duì)誤差僅為0.5 %。
在漢口水文站，我們還進(jìn)行了采用外置GPS羅盤的方式測(cè)流的演示。這樣的配置，對(duì)于使用大型鐵質(zhì)測(cè)船測(cè)流是有很大的現(xiàn)實(shí)意義。
至今為止，所有的多普勒流速儀都是采用內(nèi)置的磁羅盤來測(cè)量流速和流向的。而對(duì)于固定安裝在船舷邊的儀器內(nèi)置羅盤，會(huì)受到鐵船影響，羅盤不再準(zhǔn)確地指向正北方向，從而影響了測(cè)量精度。為了徹底解決大型鐵船對(duì)多普勒流速儀的影響，M9可以直接采用外置的GPS羅盤，既可取代內(nèi)置的磁羅盤，又可以取代用于測(cè)量船速的GPS。2011年7月12日，我們?cè)跐h口水文站采用GPS羅盤進(jìn)行了一次演示。實(shí)測(cè)流量為31800 m3/s，與漢口站流量過程線的數(shù)值非常接近。
